近期，中國科學院上海光學精密機械研究所紅外光學材料研究中心在增材制造（3D打印）激光照明透明陶瓷研究方面取得進展——該工作通過數字光處理打印技術（DLP）實現了3D打印用于激光照明的高密度鈰活化镥鋁石榴石（LuAG:Ce）陶瓷，通過3D打印技術制造具有復雜幾何結構的激光照明透明陶瓷，突破了傳統陶瓷成型工藝的限制。該成果發表在“國際陶瓷”（Ceramics International）期刊。

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.09.207

激光照明系統能夠在較高的功率密度下實現高輸出效率（100-1000 倍于發光二極管），使得激光驅動的照明系統可為未來的固態照明提供優勢，如高亮度、緊湊尺寸和定向照明。其復雜光學結構的激光驅動固態照明器件則需要利用到增材制造技術。

（a）DLP三維打印透明陶瓷坯體示意圖；打印的LuAG:Ce陶瓷坯體照片：（b）蜂窩、（c）最小表面、（d）超半球和（e）不同尺寸的超半球。（f）3D打印LTC的燒結過程示意圖；（g）激光照明裝置；（h） 日光下放置在 "SIOM "字母上的拋光后3D打印 LTC；（i）透光率光譜；（j）封裝在LD照明芯片中的燒結超半球3D打印LTC。

（a）測試固化厚度和固化寬度的實驗示意圖；（b）陶瓷粉末的SEM圖像和粒度分布（插圖）；（c）固含量為50 Vol.%的可打印陶瓷的流變行為；（d）不同濃度甲基橙油墨的固化深度與紫外線輻射劑量的關系；（e）不同濃度甲基橙油墨的固化寬度與紫外線輻射劑量的關系，下面的照片對應的是不同濃度甲基橙油墨的固化情況；（f）三維打印綠色體層結構。

DLP 是一種光聚合增材制造技術，它使用數字投影儀逐層固化墨水，以創建具有復雜形狀的物體。它可以同時固化整個層，因此可以實現快速生產。它還支持高分辨率打印，允許創建復雜而詳細的對象。科研人員開發了用于DLP的光固化陶瓷墨水，用于制造具有高印刷分辨率的激光驅動照明鈰活化镥鋁石榴石（LuAG:Ce）發光透明陶瓷組件。用于DLP印刷的墨水，具有高達50vol%的固含量和優異的剪切稀化性能。研究在DLP墨水中引入了發光染料，以減少陶瓷粉末對紫外線的散射所產生的過量固化寬度效應。研究利用DLP三維打印方法，制造出具有可定制的厘米級復雜三維幾何形狀的LuAG:Ce陶瓷坯體。經過燒結工藝后，3D打印陶瓷組件的相對密度達到96.4%，并展現出優秀的透光率（約40%）。激光激發實驗證實，三維打印的LuAG:Ce透明陶瓷具有很高的激光通量閾值（19.22W mm^-2），這與其表面獨特的微通道結構有關。實驗表明，具有自由幾何結構設計和高激光通量閾值的LuAG:Ce LTCs三維打印技術的應用，為大功率激光驅動照明提供了更高效、更可靠的解決方案。

參考來源：上海光學精密機械研究所